Строение электронной оболочки атома. Заполнение орбиталей электронами. Электронные конфигурации атомов элементов I—IV периодов
Таблица 3
Два электрона, которые находятся на одной орбитали, называются спаренными (или неподеленной электронной парой).
Спаренные электроны являются электронами с противоположными (антипараллельными) спинами.
Общее число электронов на энергетическом уровне Nэл =2n2.
Главное квантовое число, типы и число орбиталей и максимальное число электронов на подуровнях и уровнях
| Энергетический уровень, п | Число подуровней, равное n | Орбитали | Число орбиталей | Максимальное число электронов | ||
| в подуровне | в уровне, равное n2 | на подуровне | на уровне | |||
| К (n = 1) | 1s | |||||
| L (n= 2) | 2s 2p | |||||
| М (n= 3) | 3s 3p 3d | 6 10 | ||||
| N (п = 4) | 4s 4p 4d 4f | 6 10 14 |
Порядок заполнения электронами атомных орбиталей определяет принцип наименьшей энергии (принцип минимума энергии):
· Основное (устойчивое) состояние атома — это такое состояние, которое характеризуется минимальной энергией. Поэтому электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии.
Сравнить энергии орбиталей можно пользуясь правилами В. Клечковского.
Согласно первому правилу советского ученого В.М. Клечковского (1954 г.), энергия подуровня тем больше, чем больше сумма главного и орбитального квантовых чисел (п+l).
Например: энергия 2s-подуровня больше, чем энергия ls-подуровня, так как для ls-подуровня: п + l= 1 + 0 = 1; для 2s-подуровня: п + l= 2 + 0 = 2; следовательно E2s> Els.
Согласно второму правилу В.М. Клечковского: если для разных подуровней суммы (п + l) одинаковы, то энергия подуровня тем больше, чем больше главное квантовое число (п).
Например: энергия 4р-подуровня больше, чем энергия 3d-подуровня, так как для 4р-подуровня: п + l= 4+1= 5 (n=4); для 3d-подуровня: п +l= 3+ 2 = 5 (n = 3); следовательно Е4p > E3d.
В пределах одного подуровня электроны заполняют свои орбитали согласно правилу Гунда:
На одном подуровне электроны располагаются так, чтобы абсолютное значение суммы спиновых квантовых чисел (суммарного спина) было максимальным. Это соответствует устойчивому состоянию атома.
Например, какое расположение трех электронов на р-подуровне соответствует устойчивому состоянию атома:
1) ¯ ¯ 2) 3) ¯ 4) ¯ ¯ 5) ¯ ¯ ¯
Максимальным абсолютным значением суммарного спина характеризуются состояния 2 и 5. Поэтому именно они соответствуют устойчивым состояниям атома.
Строение атома описывается с помощью схемы электронного строения атома, электронной формулы атома, электронно-графической формулы атома.
Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по энергетическим уровням.
Например,
Элементы I периода:
+1 )1 ® Схема электронного строения атома
Водород